Uydu gravimetrisi ile fiziksel yükseklik değişimlerinin belirlenmesi ve analizi: Türkiye ve Grönland örneği

Abstract

Okyanus, atmosfer ve kıtalardaki su döngüsünün sürekli devam ediyor oluşu, yeryuvarı gravite alanında hızlı değişimlere yol açar. Yersel gravite ölçmeleriyle bu değişimler ancak bölgesel olarak tespit edilebilmekte ve fazla zaman ile yüksek maliyet gerektirmektedir. Yapay uydularla global ölçekte zamana bağlı değişen gravite alanını tespit etmek oldukça kolay hale gelmiş, global jeopotansiyel model üretme çalışmaları hız kazanmıştır. Bu amaçla geliştirilen GRACE (Gravity Recovery and Climate Experiment) (2002–2017) uydu misyonu sahip olduğu uydu gravimetri teknolojisi ile, yeryuvarı dinamik sisteminin anlaşılmasına büyük katkı sağlamaktadır. 2002 yılından itibaren global iklim sistemlerindeki değişimin yeryüzüne etkisi, kıtasal su havzalarındaki döngüleri, deniz seviyesi değişimleri ve buzul hareketleri gibi pek çok doğa olayının izlenmesinde oldukça başarılı bir sisteme sahip olan GRACE uydu misyonu, sunduğu yüksek çözünürlüklü veri ile zamana bağlı değişen gravite ve fonksiyonlarına dair tüm çalışmalara ışık tutmuştur. Yer bilimlerinde oldukça önem arz eden, mühendislik projelerinin olmazsa olmazı fiziksel yüksekliklerin referans yüzeyi olan jeoit bu misyon ile daha yüksek doğrulukta belirlenebilmekte, zamana bağlı değişimlerini izlemek de mümkün olmaktadır. Yükseklik sistemlerini güncellemek ve modernizasyonunu sağlamak için zamana bağlı fiziksel yükseklik değişimlerini tanımlamak ve modellemek gerekir. Bu çalışmada Türkiye ve Grönland bölgeleri olmak üzere iki farklı çalışma alanında GRACE global jeopotansiyel modeli ve WaterGAP (Water – a Global Assessment and Prognosis) Global Hidroloji Modeli (WGHM) kullanılarak fiziksel yükseklik değişimleri araştırılmıştır. Türkiye bölgesinde fiziksel yükseklik değişimlerinin kestiriminde Green fonksiyonu ve Terzaghi prensibi yaklaşımları da kullanılmış ve elde edilen fiziksel yükseklik değişimleri her iki çalışma alanında da mevsimsel ayrışma yöntemi (MA) ve temel bileşenler analizi/ampirik ortogonal fonksiyon (PCA/EOF) yöntemi ile analiz edilerek modellenmiştir. Ayrıca, C/C++ programlama dilinde GRACE global jeopotansiyel modelleri yardımıyla kullanıcıların fiziksel yükseklik ve jeoit yükseklik değişimlerini ve asismik yüzey hareketlerinin zamansal değişimlerini istenen noktada hesaplamalarını ve zaman serilerini çizmelerini sağlayan PHCSOFT yazılımı geliştirilmiştir.

The continuity of the water cycle in the ocean, atmosphere and continents leads to rapid changes in the Earth's gravity field. These changes can only be detected locally with terrestrial gravity measurements and require high effort and cost. With artificial satellites, it has become quite easy to detect the time variable gravity field on a global scale, and studies on producing a global geopotential model have been increased. GRACE (Gravity Recovery and Climate Experiment) (2002-2017) satellite mission that is developed for this purpose contributes greatly to understanding the Earth's dynamic system with its satellite gravimetry technology. Since 2002, GRACE satellite mission, which has a very successful system in monitoring many phenomena such as the effects of change in global climate systems on the Earth, terrestrial water cycle, sea level changes and glacial movements, has shed light on all studies regarding the time-variable gravity and its functionals with the high-resolution data it offers. With this mission, physical heights, which are very important in Earth sciences and indispensable for engineering projects, can be determined with higher accuracy, and it is also possible to monitor time-dependent changes. Determining and modeling the time-dependent physical height changes is required for updating and modernizing height systems. In this study, physical height changes were investigated using the GRACE global geopotential model and WGHM in the area of Turkey and Greenland. In Turkey, the Green's function and Terzaghi principle approach have been implemented. In both study areas, the obtained physical height changes were analyzed and modeled by seasonal decomposition method and principal component analysis/empirical orthogonal function method. Furthermore, PHCSOFT has been developed in the C/C++ programming language, which enables users to estimate physical height changes, geoid height changes and temporal changes of aseismic surface displacements at any point and plot time series.